ثبت رکورد جدید برای دقت عملیات کیوبیت
عنوان خبر: ثبت رکورد جدید برای دقت عملیات کیوبیت
ژانر/موضوع: محاسبات کوانتومی، یون بهدامافتاده
تاریخ انتشار خبر: 11 ژوئن 2025
لینک خبر: The Quantum Isnider
چکیده:
فیزیک‌دانان دانشگاه آکسفورد رکورد جهانی جدیدی در دقت گیت تک کیوبیتی ثبت کرده‌اند و به نرخ خطایی فقط ۰.۰۰۰۰۱۵ درصد – یعنی یک خطا در هر ۶.۷ میلیون عملیات – دست یافته‌اند. این رکورد با استفاده از یون به دام افتاده‌ی ⁴³Ca⁺ که به‌جای لیزرها با سیگنال‌های مایکروویوی کنترل می‌شود، به دست آمده است. این سطح از دقت در حد زیر یک در میلیون، نیاز به اصلاح خطای پرهزینه را به‌شدت کاهش می‌دهد و راه را برای محاسبات کوانتومی مقیاس‌پذیر و مقاوم به خطا هموار میکند. این آزمایش در دمای اتاق و بدون حفاظ مغناطیسی انجام شد و نشان‌دهندهٔ مزایای عملی کنترل مایکروویوی از نظر پایداری، صرفهٔ اقتصادی و یکپارچه‌سازی با تراشه است. هرچند عملکرد تک-کیوبیت عالی است، کاهش خطای گیت‌های دو-کیوبیتی همچنان چالش بزرگ بعدی است. این پیشرفت همچنین به فناوری‌های کوانتومی دیگر مانند ساعت‌های کوانتومی و حسگرها کمک میکند.
شرح کامل خبر:
فیزیک‌دانان دانشگاه آکسفورد رکورد جهانی جدیدی برای دقت عملیات منطقی کوانتومی ثبت کرده‌اند و به نرخ خطای گیت تک-کیوبیتی فقط 1.5e-7، معادل یک خطا در حدود هر ۶.۷ میلیون عملیات، دست یافته‌اند. این پیشرفت تقریباً یک مرتبه بزرگی بهتر از رکورد قبلی این گروه در یک دهه پیش است و استاندارد جدیدی را در تلاش جهانی برای ساخت رایانه‌های کوانتومی کوانتومی کاربردی و مقاوم در برابر خطا تعیین میکند.
این آزمایش با استفاده از رایانه کوانتومی یون به دام افتاده، به‌طور خاص با کیوبیت ساعت hyperfine یا (hyperfine clock qubit) ⁴³Ca⁺ انجام شد. کیوبیت‌های ساعت به‌دلیل زمان‌های همدوسی طولانی و مقاومت در برابر برخی نویزهای محیطی، در پردازش اطلاعات کوانتومی بسیار ارزشمند هستند. در این پروژه، تیم آکسفورد اطلاعات کوانتومی را در حالت‌های فوق ظریف (hyperfine) یون‌های کلسیم ذخیره و با سیگنال‌های مایکروویوی که از طریق رزوناتور مایکروویوی یکپارچه روی تراشه ارسال می‌شد، آنها را دستکاری کرد. این انتخاب، تغییری مهم از رویکرد متداول وابسته به لیزرهای دقیق است.
استفاده از کنترل الکترونیکی مبتنی بر مایکروویو مزایای کلیدی دارد: پایداری بلندمدت بیشتر، یکپارچه‌سازی ساده‌تر با تراشه‌های یون به دام افتاده‌ی مقیاس‌پذیر و کاهش هزینه و پیچیدگی نسبت به سیستم‌های لیزری. نکته مهم این است که کل آزمایش در دمای اتاق و بدون حفاظ مغناطیسی انجام شد و استحکام عملی این روش را نشان داد.
از نظر فنی، پژوهشگران توازن بین سرعت گیت و صحت عملکرد را بررسی کردند و دریافتند که زمان‌های گیت بین ۴.۴ تا ۳۵ میکروثانیه همچنان می‌تواند نرخ خطایی کمتر از یک در میلیون را حفظ کند. آنها حداقل نرخ خطا برای گیت کلیفورد را 1.5(۴)×۱۰⁻⁷ اندازه‌گیری کردند. کالیبراسیون دقیق، خطاهای سیستماتیک را به کمتر از ۱۰⁻⁸ کاهش داد و در نهایت خطاهای ناشی از کاهش همدوسی (با T₂ حدود ۷۰ ثانیه)، نشتی و اندازه‌گیری به عوامل محدودکننده اصلی تبدیل شدند.
این دقت بی‌سابقه تک-کیوبیتی برای رایانش کوانتومی حیاتی است، زیرا در مدارهای بزرگ کوانتومی باید میلیون‌ها عملیات انجام شود و هر عملیات باید تقریباً بی‌نقص باشد تا نرخ خطای کلی قابل کنترل باقی بماند. اگرچه اصلاح خطا قابل استفاده است، سربار آن بسیار زیاد است. کاهش نرخ خطای بنیادی گیت مستقیماً تعداد کیوبیت‌های فیزیکی اضافه موردنیاز برای تحمل خطا را کاهش می‌دهد و رایانه‌های کوانتومی آینده را کوچک‌تر، سریع‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر میکند.
با این حال، پژوهشگران تأکید می‌کنند که این نقطه عطف تنها بخشی از پازل بزرگ‌تر است. برای رایانش کوانتومی جهانی، گیت‌های دو-کیوبیتی نیز باید به نرخ‌های خطای فوق‌العاده پایین برسند. در حال حاضر نرخ خطای بهترین گیت‌های دو-کیوبیتی در سیستم‌های یون به دام افتاده حدود یک خطا در هر ۲,۰۰۰ عملیات است. پر کردن این شکاف برای ساخت معماری‌های مقیاس‌پذیر و خطاپذیر ضروری است.
این دستاورد نه‌تنها رایانش کوانتومی را پیش می‌برد، بلکه پیامدهای گسترده‌ای برای فناوری‌های کوانتومی دیگر مانند ساعت‌های دقیق و حسگرهای کوانتومی دارد، جایی که کنترل دقیق کیوبیت به همان اندازه حیاتی است. این کار با همکاری مرکز شبیه‌سازی و رایانش کوانتومی بریتانیا و با حمایت برنامه ملی فناوری‌های کوانتومی بریتانیا انجام شد و رهبری تیم آکسفورد را نشان می‌دهد؛ تیمی که تخصص آن مبنای شرکت نوآفرین Oxford Ionics نیز هست، شرکتی که در حال توسعه سیستم‌های کیوبیت یون به دام افتاده با عملکرد بالا برای کاربردهای تجاری است.
در مجموع، این آزمایش رکوردشکنانه نشان می‌دهد که طراحی دقیق کنترل مایکروویوی کیوبیت، مهندسی تله‌های مستحکم و درک دقیق منابع خطا چگونه می‌تواند مرزهای عملکرد گیت منطقی کوانتومی را گسترش دهد و رایانش کوانتومی عملی و خطاپذیر را یک گام دیگر به واقعیت نزدیک‌تر کند.
منابع:
[1] https://thequantuminsider.com/2025/06/11/oxford-physicists-set-new-world-record-for-qubit-operation-accuracy/?utm_source=resonance-newsletters.beehiiv.com&utm_medium=newsletter&utm_campaign=the-quantum-insider-weekly-ibm-stands-error-corrected-sentiment-shift-and-more-news&_bhlid=9f5bd62d7f9de98d14a31a4f64a46b9380b62a89
[2] https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/42w2-6ccy
دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.
